Хлорид цезия - Caesium chloride

Имена
Название ИЮПАК Хлорид цезия
Другие имена Хлорид цезия
Идентификаторы
Количество CAS
3D модель ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard	100.028.728
Номер ЕС
PubChem CID
UNII
Панель управления CompTox ( EPA )
ИнЧИ InChI = 1S / ClH.Cs / h1H; / q; + 1 / p-1 Y Ключ: AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M Y InChI = 1 / ClH.Cs / h1H; / q; + 1 / p-1 Ключ: AIYUHDOJVYHWHXWOFAO
Улыбки [Cs +]. [Cl-]
Характеристики
Химическая формула	CsCl
Молярная масса	168,36 г / моль
Появление	белое твердое вещество гигроскопично
Плотность	3,988 г / см 3
Температура плавления	646 ° С (1195 ° F, 919 К)
Точка кипения	1297 ° С (2367 ° F, 1570 К)
Растворимость в воде	1910 г / л (25 ° С)
Растворимость	растворим в этаноле
Ширина запрещенной зоны	8,35 эВ (80 К)
Магнитная восприимчивость (χ)	-56,7 · 10 −6 см 3 / моль
Показатель преломления ( n D )	1,712 (0,3 мкм) 1,640 (0,59 мкм) 1,631 (0,75 мкм) 1,626 (1 мкм) 1,616 (5 мкм) 1,563 (20 мкм)
Состав
Кристальная структура	CsCl, cP2
Космическая группа	ТМ 3 м, № 221
Постоянная решетки	а  = 0,4119 нм
Объем решетки ( В )	0,0699 нм 3
Формула единиц ( Z )	1
Координационная геометрия	Кубический (Cs + ) Кубический (Cl - )
Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS	Предупреждение
Формулировки опасности GHS	H302 , H341 , H361 , H373
Меры предосторожности GHS	P201 , P202 , P260 , P264 , P270 , P281 , P301 + 312 , P308 + 313 , P314 , P330 , P405 , P501
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD 50 ( средняя доза )	2600 мг / кг (перорально, крыса)
Родственные соединения
Другие анионы	Фторид цезия Бромид цезия Иодид цезия Астатид цезия
Другие катионы	Хлорид лития Хлорид натрия Хлорид калия Хлорид рубидия Хлорид франция
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
N проверить  ( что есть   ?) YN
Ссылки на инфобоксы

Хлорид цезия или хлорид цезия представляет собой неорганическое соединение с формулой Cs Cl . Эта бесцветная соль является важным источником ионов цезия в различных нишах. Его кристаллическая структура образует основной структурный тип, в котором каждый ион цезия координируется 8 ионами хлорида. Хлорид цезия растворяется в воде. CsCl при нагревании переходит в структуру NaCl. Хлорид цезия встречается в природе в виде примесей в карналлите (до 0,002%), сильвите и каините . Ежегодно во всем мире производится менее 20 тонн CsCl, в основном из цезийсодержащего минерального поллуцита .

Хлорид цезия широко используется в медицине при изопикническом центрифугировании для разделения различных типов ДНК . Это реагент в аналитической химии , где он используется для идентификации ионов по цвету и морфологии осадка. Обогащенный радиоизотопами , такими как ¹³⁷ CsCl или ¹³¹ CsCl, хлорид цезия используется в приложениях ядерной медицины, таких как лечение рака и диагностика инфаркта миокарда . Другая форма лечения рака была изучена с использованием обычного нерадиоактивного CsCl. В то время как обычный хлорид цезия имеет довольно низкую токсичность для людей и животных, радиоактивная форма легко загрязняет окружающую среду из-за высокой растворимости CsCl в воде. Распространение порошка ¹³⁷ CsCl из 93-граммового контейнера в 1987 году в Гоянии , Бразилия, привело к одной из самых страшных аварий, связанных с разливом радиации, в результате чего четыре человека погибли и пострадали 249 человек.

Кристальная структура

Структура хлорида цезия имеет примитивную кубическую решетку с двухатомной основой, где оба атома имеют восьмикратную координацию. Атомы хлора лежат в точках решетки в углах куба, а атомы цезия - в отверстиях в центре кубов; альтернативная и точно эквивалентная «установка» имеет ионы цезия по углам и ион хлорида в центре. Эта структура характерна для CsBr и CsI и многих бинарных металлических сплавов . Напротив, другие щелочные галогениды имеют структуру хлорида натрия (каменной соли). Когда оба иона близки по размеру ( ионный радиус Cs ⁺ 174 пм для этого координационного числа, Cl ^- 181 пм), принимается структура CsCl, когда они различны ( ионный радиус Na ⁺ 102 пм, Cl ^- 181 пм), хлорид натрия структура принята. При нагревании до температуры выше 445 ° C нормальная структура хлорида цезия (α-CsCl) преобразуется в форму β-CsCl со структурой каменной соли ( пространственная группа Fm 3 m ). Структура каменной соли также наблюдается в условиях окружающей среды в нанометровых пленках CsCl, выращенных на подложках из слюды , LiF, KBr и NaCl.

Физические свойства

Хлорид цезия бесцветен в виде крупных кристаллов и белого цвета при измельчении. Он легко растворяется в воде, максимальная растворимость увеличивается с 1865 г / л при 20 ° C до 2705 г / л при 100 ° C. Кристаллы очень гигроскопичны и постепенно разрушаются в условиях окружающей среды. Хлорид цезия не образует гидратов .

В отличии от хлорида натрия и хлорида калия , хлорид цезия легко растворяется в концентрированной соляной кислоте. Хлорид цезия также имеет относительно высокую растворимость в муравьиной кислоте (1077 г / л при 18 ° C) и гидразине ; средняя растворимость в метаноле (31,7 г / л при 25 ° C) и низкая растворимость в этаноле (7,6 г / л при 25 ° C), диоксид серы (2,95 г / л при 25 ° C), аммиак (3,8 г / л при 25 ° C). 0 ° C), ацетон (0,004% при 18 ° C), ацетонитрил (0,083 г / л при 18 ° C), этилацетаты и другие сложные эфиры , бутанон , ацетофенон , пиридин и хлорбензол .

Несмотря на широкую запрещенную зону около 8,35 эВ при 80 К, хлорид цезия слабо проводит электричество, и проводимость не электронная, а ионная . Электропроводность имеет значение порядка 10 ^-7 См / см при 300 ° C. Это происходит за счет скачков вакансий в решетке ближайших соседей, и подвижность вакансий Cl ^- намного выше, чем вакансий Cs ⁺ . Электропроводность увеличивается с температурой примерно до 450 ° C, при этом энергия активации изменяется от 0,6 до 1,3 эВ при примерно 260 ° C. Затем она резко падает на два порядка из-за фазового перехода от фазы α-CsCl к фазе β-CsCl. Проводимость также подавляется приложением давления (уменьшение примерно в 10 раз при 0,4 ГПа), что снижает подвижность вакансий решетки.

Реакции

Цезий хлорид полностью диссоциирует при растворении в воде, и Cs ⁺ катионы являются сольватированы в разбавленном растворе. CsCl превращается в сульфат цезия при нагревании в концентрированной серной кислоте или при нагревании с гидросульфатом цезия при 550–700 ° C:

2 CsCl + H ₂ SO ₄ → Cs ₂ SO ₄ + 2 HCl

CsCl + CsHSO ₄ → Cs ₂ SO ₄ + HCl

Хлорид цезия образует множество двойных солей с другими хлоридами. Примеры включают 2CsCl · BaCl ₂ , 2CsCl · CuCl ₂ , CsCl · 2CuCl и CsCl·LiCl, а также с межгалогенными соединениями:

${\ Displaystyle {\ ce {CsCl + ICl3 -> Cs [ICl4]}}}$

Возникновение и производство

Проволоки из одноатомного галогенида цезия, выращенные внутри двойных углеродных нанотрубок .

Хлорид цезия встречается в природе в виде примеси в галогенидных минералах карналлите (KMgCl ₃ · 6H ₂ O с содержанием CsCl до 0,002%), сильвите (KCl) и каините (MgSO ₄ · KCl · 3H ₂ O) и в минеральных водах. Например, вода курорта Бад-Дюркхайм , которая использовалась для выделения цезия, содержала около 0,17 мг / л CsCl. Ни один из этих минералов не имеет коммерческого значения.

В промышленных масштабах CsCl получают из минерального поллуцита , который измельчают и обрабатывают соляной кислотой при повышенной температуре. Экстракт обрабатывают хлоридом сурьмы , монохлоридом йода или хлоридом церия (IV), чтобы получить плохо растворимую двойную соль, например:

CsCl + SbCl ₃ → CsSbCl ₄

Обработка двойной соли сероводородом дает CsCl:

2 CsSbCl ₄ + 3 H ₂ S → 2 CsCl + Sb ₂ S ₃ + 8 HCl

CsCl высокой чистоты также получают из перекристаллизованных (и ) термическим разложением: ${\ displaystyle {\ ce {Cs [ICl2]}}}$${\ displaystyle {\ ce {Cs [ICl4]}}}$

${\ displaystyle {\ ce {Cs [ICl2] -> {CsCl} + ICl}}}$

В 1970-х и 2000-х годах во всем мире ежегодно производилось только около 20 тонн соединений цезия, в основном из CsCl. Хлорид цезия, обогащенный цезием-137, для лучевой терапии, производится на единственном предприятии « Маяк» в Уральском регионе России и продается на международном уровне через дилера в Великобритании. Соль синтезируется при 200 ° C из-за ее гигроскопичности и герметизируется в стальном контейнере в форме гильзы, который затем помещается в другой стальной корпус. Уплотнение требуется для защиты соли от влаги.

Лабораторные методы

В лаборатории CsCl можно получить путем обработки гидроксида , карбоната , бикарбоната цезия или сульфида цезия соляной кислотой:

CsOH + HCl → CsCl + H ₂ O

Cs ₂ CO ₃ + 2 HCl → 2 CsCl + 2 H ₂ O + CO ₂

Использует

Предшественник металла Cs

Хлорид цезия является основным предшественником металлического цезия путем высокотемпературного восстановления:

2 CsCl (l) + Mg (l) → MgCl ₂ (тв) + 2 Cs (г)

Подобная реакция - нагревание CsCl с кальцием в вакууме в присутствии фосфора - была впервые описана в 1905 году французским химиком М.Л. Хакспиллом и до сих пор используется в промышленности.

Гидроксид цезия получают электролизом водного раствора хлорида цезия:

2 CsCl + 2 H ₂ O → 2 CsOH + Cl ₂ + H ₂

Раствор для ультрацентрифугирования

Хлорид цезия широко используется при центрифугировании в методике, известной как изопикническое центрифугирование . Центростремительные и диффузионные силы создают градиент плотности, который позволяет разделить смеси на основе их молекулярной плотности. Этот метод позволяет разделить ДНК разной плотности (например, фрагменты ДНК с различным содержанием AT или GC). Для этого применения требуется раствор с высокой плотностью и при этом относительно низкой вязкостью, и CsCl подходит для этого из-за его высокой растворимости в воде, высокой плотности из-за большой массы Cs, а также низкой вязкости и высокой стабильности растворов CsCl.

Органическая химия

Хлорид цезия редко используется в органической химии. Он может действовать как реагент катализатора межфазного переноса в выбранных реакциях. Одна из этих реакций является синтез глутаминовой кислоты производных

${\ displaystyle \ overbrace {\ ce {CH2 = CHCOOCH3}} ^ {\ text {Метилакрилат}} + {\ ce {ArCH = N-CH (CH3) -COOC (CH3) 3 -> [{\ ce {TBAB , \ CsCl, \ K2CO3}}] [{\ ce {CPME, \ 0 ^ {\ circ} C}}] {ArCH = NC (C2H4COOCH3) (CH3) -COOC (CH3) 3}}}}$

где TBAB представляет собой бромид тетрабутиламмония (межфазный катализатор), а CPME представляет собой циклопентилметиловый эфир (растворитель).

Другая реакция - замещение тетранитрометана.

${\ displaystyle \ overbrace {{\ ce {C (NO2) 4}}} ^ {\ text {тетранитрометан}} + {\ ce {CsCl -> [{\ ce {DMF}}] {C (NO2) 3Cl} + CsNO2}}}$

где ДМФ - диметилформамид (растворитель).

Аналитическая химия

Хлорид цезия - это реагент в традиционной аналитической химии, используемый для обнаружения неорганических ионов по цвету и морфологии осадков. Количественное измерение концентрации некоторых из этих ионов, например Mg ²⁺ , с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой используется для оценки жесткости воды.

Ион	Сопутствующие реагенты	Остаток	Морфология	Предел обнаружения (мкг)
AsO 3 3-	KI	Cs 2 [AsI 5 ] или Cs 3 [AsI 6 ]	Красные шестиугольники	0,01
Au 3+	AgCl , HCl	Cs 2 Ag [AuCl 6 ]	Серо-черные кресты, четырех- и шестилучевые звезды	0,01
Au 3+	NH 4 SCN	Cs [Au (SCN) 4 ]	Оранжево-желтые иглы	0,4
Би 3+	KI , HCl	Cs 2 [BiI 5 ] или 2,5H 2 O	Красные шестиугольники	0,13
Cu 2+	(CH 3 COO) 2 Pb, CH 3 COOH, KNO 2	Cs 2 Pb [Cu (NO 2 ) 6 ]	Маленькие черные кубики	0,01
Через 3+	-	Cs 3 [InCl 6 ]	Малые октаэдры	0,02
[IrCl 6 ] 3-	-	Cs 2 [IrCl 6 ]	Маленькие темно-красные октаэдры	-
Мг 2+	Na 2 HPO 4	CsMgPO 4 или 6H 2 O	Маленькие тетраэдры	-
Pb 2+	KI	Cs [PbI 3 ]	Желто-зеленая хвоя	0,01
Pd 2+	NaBr	Cs 2 [PdBr 4 ]	Темно-красные иглы и призмы	-
[ReCl 4 ] -	-	Cs [ReCl 4 ]	Темно-красные ромбы, бипирамиды	0,2
[ReCl 6 ] 2-	-	Cs 2 [ReCl 6 ]	Маленькие желто-зеленые октаэдры	0,5
ReO 4 -	-	CsReO 4	Тетрагональные бипирамиды	0,13
Rh 3+	KNO 2	Cs 3 [Rh (NO 2 ) 6 ]	Желтые кубики	0,1
Ru 3+	-	Cs 3 [RuCl 6 ]	Розовые иглы	-
[RuCl 6 ] 2-	-	Cs 2 [RuCl 6 ]	Мелкие темно-красные кристаллы	0,8
Сб 3+	-	Cs 2 [SbCl 5 ] · n H 2 O	Шестиугольники	0,16
Сб 3+	NaI	${\ displaystyle {\ ce {Cs [SbI4]}}}$ или ${\ displaystyle {\ ce {Cs2 [SbI5]}}}$	Красные шестиугольники	0,1
Sn 4+	-	Cs 2 [SnCl 6 ]	Малые октаэдры	0,2
ТеО 3 3-	HCl	Cs 2 [TeCl 6 ]	Светло-желтые октаэдры	0,3
Tl 3+	NaI	${\ displaystyle {\ ce {Cs [TlI4]}}}$	Оранжево-красные шестиугольники или прямоугольники	0,06

Он также используется для обнаружения следующих ионов:

Медицина

Американское онкологическое общество утверждает , что «имеющиеся научные данные не подтверждают утверждения , что нерадиоактивный хлорид цезия добавок оказывает никакого влияние на опухоли.» Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов предупредило о рисках безопасности, включая значительную сердечную токсичность и смерть, связанные с использованием хлорида цезия в натуропатической медицине.

Ядерная медицина и радиография

Хлорид цезия, состоящий из радиоизотопов, таких как ¹³⁷ CsCl и ¹³¹ CsCl, используется в ядерной медицине , включая лечение рака ( брахитерапию ) и диагностику инфаркта миокарда . При производстве радиоактивных источников обычно выбирают химическую форму радиоизотопа, которая не будет легко рассеиваться в окружающей среде в случае аварии. Например, радиотермические генераторы (РИТЭГи) часто используют титанат стронция , который нерастворим в воде. Однако для источников для телетерапии радиоактивная плотность ( Ci в заданном объеме) должна быть очень высокой, что невозможно с известными нерастворимыми соединениями цезия. Контейнер радиоактивного хлорида цезия в форме наперстка является активным источником.

Разные приложения

Хлорид цезия используется для изготовления электропроводящих стекол и экранов электронно-лучевых трубок. Вместе с инертными газами CsCl используется в эксимерных лампах и эксимерных лазерах . Другие применения включают активацию электродов при сварке; производство минеральной воды, пива и буровых растворов ; и жаропрочные припои. Высококачественные монокристаллы CsCl имеют широкий диапазон прозрачности от УФ до инфракрасного и поэтому использовались для изготовления кювет, призм и окон в оптических спектрометрах; это использование было прекращено с разработкой менее гигроскопичных материалов.

CsCl является мощным ингибитором каналов HCN, которые переносят h-ток в возбудимых клетках, таких как нейроны. Следовательно, он может быть полезен в экспериментах по электрофизиологии в неврологии.

Токсичность

Хлорид цезия малотоксичен для человека и животных. Его средняя летальная доза (LD ₅₀ ) для мышей составляет 2300 мг на килограмм веса тела при пероральном введении и 910 мг / кг при внутривенной инъекции. Легкая токсичность CsCl связана с его способностью снижать концентрацию калия в организме и частично замещать его в биохимических процессах. Однако при приеме в больших количествах может вызвать значительный дисбаланс калия и привести к гипокалиемии , аритмии и острой остановке сердца . Однако порошок хлорида цезия может раздражать слизистые оболочки и вызывать астму .

Из-за своей высокой растворимости в воде хлорид цезия очень подвижен и может даже диффундировать через бетон. Это недостаток его радиоактивной формы, который требует поиска менее химически подвижных радиоизотопных материалов. Коммерческие источники радиоактивного хлорида цезия надежно закрыты двойным стальным корпусом. Однако во время аварии в Гоянии в Бразилии такой источник, содержащий около 93 граммов ¹³⁷ CsCl, был украден из заброшенной больницы и взломан двумя мусорщиками. Голубое свечение, испускаемое в темноте радиоактивным хлоридом цезия, привлекло воров и их родственников, которые не подозревали о связанных опасностях, и рассыпали порошок. Это привело к одной из самых серьезных аварий с разливом радиации, в которой 4 человека умерли в течение месяца после облучения, 20 проявили признаки лучевой болезни , 249 человек были заражены радиоактивным хлоридом цезия и около тысячи получили дозу, превышающую годовой объем радиационный фон. Более 110 000 человек переполнили местные больницы, и несколько городских кварталов пришлось снести в ходе уборочных работ. В первые дни заражения несколько человек испытали расстройства желудка и тошноту из-за лучевой болезни, но только через несколько дней один человек связал симптомы с порошком и принес властям образец.

Смотрите также

• Список неэффективных методов лечения рака

использованная литература

Библиография

• Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . ISBN 1-4398-5511-0.
• Лидин, Р. А; Андреева, Л.Л .; Молочко В.А. (2006). Константы неорганических веществ: справочник . Москва. ISBN 978-5-7107-8085-5.
• Плюшев В.Е .; Степин Б.Д. (1970). Химия и техтестнология соединений лития, рубидия и цезия(на русском). Москва: Химия.